一种GaAs基PMOS界面结构的制作方法

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种砷化镓PMOS器件界面结构，应用于高性能III-V族半导体CMOS技术。

背景技术：

Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料相对硅材料而言，具有高载流子迁移率、大的禁带宽度等优点，而且在热学、光学和电磁学等方面都有很好的特性。缺乏与NMOS器件相匹配的PMOS器件一直是III-V族半导体在大规模CMOS集成电路中的应用的主要障碍之一。最新研究报道表明：在砷化镓半导体表面，直接采用原子层沉积(ALD)以及分子束外延(MBE)技术沉积高k栅介质材料已经实现了器件质量的的MOS界面。然而，以表面沟道器件的沟道迁移率仍然很低。因此，需要一种新的途径在III-V族半导体界面结构上实现PMOS器件，提高PMOS器件的有效沟道迁移率，以满足高性能III-V族半导体CMOS技术的要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种砷化镓PMOS器件界面结构，以实现以砷化镓为沟道材料的PMOS器件，与高电子迁移率为沟道材料的III-V族半导体NMOS器件相匹配，满足高性能III-V族半导体CMOS技术的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种砷化镓PMOS器件界面结构。其结构依次为：

一N型掺杂的砷化镓沟道层(101)；

一在该N型掺杂的砷化镓沟道层(101)上生长的N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(102)；

一在该N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(102)上生长的4纳米厚度的Al₂O₃介质层(103)；

一在该Al₂O₃介质层(103)上沉积的100纳米铝栅金属层(104)。

在上述方案中，N型掺杂的砷化镓沟道层(101)是生长在半绝缘砷化镓半导体衬底上的。

在上述方案中，N型掺杂的砷化镓沟道层(101)的掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3，掺杂杂质为硅(Si)。

在上述方案中，N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(102)的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，掺杂杂质为硅(Si)，厚度为2纳米。

在上述方案中，Al₂O₃介质层是采用原子层沉积的方法制备，属于富氧型氧化铝，采用臭氧和三甲基铝为前躯体制备而成。

在上述方案中，铝栅金属层是在Al₂O₃介质层制备完成后，马上放入电子束蒸发台蒸发成型的。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种GaAs沟道PMOS界面结构，利用InGaP界面控制层技术钝化界面处的悬挂键，实现低界面态密度，并降低沟道中载流子的散射，同时N型掺杂的InGaP界面层又是势垒层，提高了沟道层中的二维空穴气与介质缺陷的物理距离；由于砷化镓材料的电子迁移率和空穴迁移率相对比较均衡，所以发明这种GaAs沟道PMOS器件，以满足高性能III-V族半导体CMOS技术的要求。

附图说明

图1是本发明提供的GaAs沟道PMOS界面结构的示意图；

图2是本发明提供的GaAs沟道PMOS界面结构的实施例图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图2，对本发明进一步详细说明。

如图2所示，本实施例提供了一种砷化镓PMOS器件界面结构。其结构依次为：

一30纳米厚度的N型掺杂的砷化镓沟道层(201)；

一在该30纳米厚度的N型掺杂的砷化镓沟道层(201)上生长的2纳米厚度N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(202)；

一在该N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(202)上生长的4纳米厚度的Al₂O₃介质层(203)；

一在该Al₂O₃介质层(203)上沉积的100纳米铝栅金属层(204)。

在本实施例中，N型掺杂的砷化镓沟道层(201)是生长在半绝缘砷化镓半导体衬底上的，主要的生长方式是MBE和MOCVD两种方式，在生长前要进行详细的表面清洗，诸如有机清洗、稀盐酸表面清洗和稀氨水表面清洗，清洗完成并吹干后马上送入生长室进行材料生长。

在本实施例中，N型掺杂的砷化镓沟道层(201)的掺杂浓度为2×10¹⁷cm-3，掺杂杂质为硅(Si)。

在本实施例中，N型掺杂的In_0.51Ga_0.49P界面层(202)的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，掺杂杂质为硅(Si)，厚度为2纳米；该层的生长方式也是MBE和MOCVD，在生长完GaAs沟道层后生长而成。

在本实施例中，Al₂O₃介质层(203)是采用原子层沉积的方法制备，属于富氧型氧化铝，采用臭氧和三甲基铝为前躯体制备而成；该介质层是在InGaP界面层生长完成后，马上送进原子层沉积腔室生长完成的。

在本实施例中，铝栅金属层(204)是在Al₂O₃介质层制备完成后，马上放入电子束蒸发台蒸发成型的。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。